Transcript 实验二十三 第一过渡系元素(一)(钛、钒、铬、锰)

实验：
第一过渡系元素(一)(钛、钒、铬、锰)
[实验目的]
1、掌握钛、钒、铬、锰主要氧化
态的化合物的重要性质及各氧
化态之间相互转化的条件。
2、练习沙浴加热操作。
[实验用品]见教材P179。
[基本操作]：
沙浴加热，参见第三章三。
[实验内容]
一、钛的化合物的重要性质
1、二氧化钛的性质和过氧钛酸根的生成
在试管中加入米粒大小的二氧化钛粉末，然后加
入2mL浓H2SO4，再加入几粒沸石，摇动试管至近沸
（注意防止浓硫酸溅出），观察试管的变化。冷却
静置后，取0.5mL溶液，滴入1滴3%的H2O2，观察现
象。
反应方程式如下：
TiO2+2H2SO4(浓)=Ti(SO4)2+2H2O
Ti(SO4)2易水解，实际得到TiOSO4白色粉末
TiO2++H2O2=[TiO(H2O2)]2+
总结：
得到TiOSO4产物，该物质与H2O2反应，
生成[TiO(H2O2)]2+桔黄色溶液，该反应用于
钛的定性检验。
另取少量二氧化钛固体，注入
2mL40%NaOH溶液，加热。静置后，取上
层清液，小心滴入浓硫酸至溶液呈酸性，
滴入几滴3%H2O2，检验二氧化钛是否溶解。
反应方程式如下：
TiO2+2NaOH=Na2TiO3+H2O
Na2TiO3+2H2SO4(浓)= TiOSO4+Na2SO4+2H2O
TiO2++H2O2=[TiO(H2O2)]2+
2.钛（Ⅲ）化合物的生成和还原性
在盛有0.5mL硫酸氧钛的溶液（用液体四氯化钛
和1mol·L-1(NH4)2SO4按1﹕1的比例配成硫酸钛溶液）
中，加入两个锌粒，观察颜色的变化，把溶液放置
几分钟后，滴入几滴0.2 mol·L-1CuCl2溶液，观察现
象。由上述现象说明钛（Ⅲ）的还原性。
反应方程式如下：
TiOSO4+Zn=Ti2(SO4)3+ZnSO4
Ti3++Cu2++2Cl-+2H2O=2CuCl↓+2TiO2++4H+
总结：
三价钛具有还原性，产生为白色的CuCl沉淀。
二、钒的化合物的重要性质
1、
取0.5偏钒酸铵固体放入蒸发皿中，在沙浴
上加热，并不断搅拌，观察并记录反应过程中固
体颜色的变化，然后把产物分成四份。
在第一份固体中，假如1 mL浓H2SO4 振荡，
放置。观察溶液颜色，固体是否溶解？在第二份
固体中，加入6 mol·L-1NaOH溶液加热。有何变化？
在第三份固体中，加入少量蒸馏水，煮沸、静置，待其
冷却后，用pH试纸测定溶液的pH 。在第四份固体中，加入浓
盐酸，观察有何变化。微沸，检验气体产物，加入少量蒸馏
水，观察溶液颜色。
反应方程式如下：
2NH4VO3=V2O5+2NH3+H2O
(1)加浓硫酸,溶解,
V2O5+2H+=2VO2++H2O
(2)加NaOH,V2O5+6NaOH=2Na3VO4(淡黄色)+3H2O
(3)pH﹤7
(4)V2O5+6HCl=2VoCl2+Cl2↑+3H2O
总结：
NH4VO3受热分解，生成V2O5，由橙红色固体→深
红色→橙黄色→橙色；（1）V2O5溶于酸(2) V2O5
溶于碱（3）V2O5溶于两性偏酸（4）具有活氧化
性，还原为VoCl2，兰色，放出Cl2。
2 .低价钒的化合物的生成
在盛有1mL氯化氧钒溶液（在1g偏钒酸铵固体中，
加入20mL6 mol·L-1 HCl溶液和10mL蒸馏水）的试
管中，加入2粒锌粒，放置片刻，观察并记录反应
过程中溶液颜色的变化，并加以解释。
反应方程式如下：
VO2++Zn+2H+=V2++Zn2++H2O
总结：V5+或V4+具有氧化性，V5+离子被还原，依次为
V5+→V4+→V3+→V2+ ，其颜色变化为黄→兰→绿→
紫。
3.过氧钒阳离子的生成
在盛有0.5mL饱和偏钒酸铵溶液的试管中，加
入0.5mL2 mol·L-1HCl溶液和2滴3%H2O2溶液，观察
并记录产物的颜色和状态。
反应方程式如下：
VO3-+H2O2=[VO2（O2）2]3++H2O
[VO2（O2）2]3++6H+→[V（O2）]3+
现象：生成红棕色[V（O2）]3+。
总结：NH4VO3在强酸性介质中，加入H2O2，生
成过氧钒[V（O2）]3+阳离子，该离子为红
棕色。
4.钒酸盐的缩合反应
（1）取四支试管，分别加入10mLpH分别为14，3，2和1（用
0.1 mol·L-1NaOH溶液和0.1 mol·L-1盐酸配制）的水溶液，
再向每支试管加入0.1g偏钒酸铵固体（约一角勺尖）。振
荡试管使之溶解，观察现象并加以解释。
现象：
依pH值的降低，溶液颜色由黄变红，不断加深。
总结：
向钒酸盐溶液中加酸，pH值逐渐下降，则生成不同缩合度的多钒
酸盐，随着pH值的下降，多钒根中含钒原子越多，缩合度越大。缩合
度增大，溶液的颜色逐渐加深，即由淡黄色变到深红，溶液转为酸性
后，缩合度不再改变，而是获得质子的反应。
2VO43-+2H+=2HVO42-=V2O74-+H2O
3V2O74-+6H+=2V3O93-+3H2O
pH≧8.4
10V3O93-+12H+=3[V10O28]6-+6H2O
8﹥pH﹥3
此后不再缩合，加酸
[V10O28]6-+H+=[HV10O28]5-
[HV10O28]5-+H+=[H2V10O28]4pH=2时，有V2O5水合物的红棕色沉淀析出
pH=1时，[H2V10O28]4-+14H+=10VO2++8H2O
pH≧13
（2）将pH为1的试管放入热水浴中，向试管内缓慢滴
加0.1 mol·L-1NaOH溶液并振荡试管。观察颜色变化，
记录该颜色下溶液的pH。
反应方程式如下：
[H2V10O28]4-+14H+=10VO2++8H2O
加NaOH平衡向左移动
现象：溶液由黄色（NO2+）变为红棕色
（[H2V10O28]4-），溶液的pH值为2。
（3）将pH为14的试管放入热水浴中，向试管内缓慢滴
加0.1 mol·L-1盐酸，并振荡试管。观察颜色变化，
记录该颜色下溶液的pH。
反应方程式如下：
2VO4-+2H+=V2O74-+H2O
3 V2O74-+6H+=2V3O93-+3H2O
现象：
pH值降低，溶液颜色由黄色（VO4-），生成红
棕色（缩合物）
三、铬的化合物的重要性质
1.铬（Ⅵ）的氧化性
Cr2O72-转化为Cr3+，
在约5mL重铬酸钾溶液中，加入少量所选择的还原剂，观察
溶液颜色的变化，（如果现象不明显,该怎么办?）写出反应方
程式(保留溶液供下面实验3用)。
反应方程式如下：
Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O
Cr2O72-+2SO32-+8H+=2Cr3++3SO42-+4H2O
现象：溶液颜色由橙红色变为绿色。
总结：Cr2O72-在酸性介质中，具有氧化性。
2.铬（Ⅵ）的缩合平衡
Cr2O72-与 CrO42-的相互转化。
反应方程式如下：
2CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O
加H+，平衡向右移。加OH-，平衡向左移。
现象：加H+，黄色溶液变为橙红色，加碱，橙红色溶
液变为黄色。
总结：Cr2O72-和CrO42-离子之间在不同酸性环境中可
以相互转化。
3.氢氧化铬（Ⅲ）的两性
Cr3+转变为Cr(OH)3沉淀，并试验Cr(OH)3的两性。
在实验1所保留的Cr3+溶液中，逐滴加入6 mol·L-1NaOH
溶液，观察沉淀物的颜色，写出反应方程式。
反应方程式如下:
Cr3++3OH-=Cr(OH)3
加H+
Cr(OH)3+3H+=Cr3++3H2O
加OHCr(OH)3+OH-=CrO2-+H2O+H+
现象：Cr(OH)3为灰兰色，加H+灰兰色Cr(OH)3沉淀溶解生成绿色
Cr3+离子。加OH- ，Cr(OH)3沉淀溶解生成绿色CrO-2离子。
总结：Cr(OH)3具有两性，即溶于酸又溶于碱。
4. 铬（Ⅲ）的还原性
CrO2-转变为CrO42-。
在实验3得到的CrO2-溶液中，加入少量所选择的
氧化剂，水浴加热，观察溶液颜色的变化，写出反
应方程式。
反应方程式如下：
2CrO2-+3H2O2+2OH-=2CrO42-+4H2O
现象：绿色溶液变为黄色。
总结：CrO2-中的Cr(Ⅲ)具有还原性，被氧化为Cr(VI) CrO42该转化常在碱性介质中进行。
5.重铬酸盐和铬酸盐的溶解性
分别在Cr2O72-和CrO42-溶液中，各加入少量的
Pb(NO3)2 、 BaCl2和AgNO3, 观察产物的颜色和状
态，比较并解释实验结果，写出反应方程式。
反应方程式如下：
Cr2O72-+H2O=2CrO42-+2H+
对于Cr2O72-溶液，
Cr2O72-+2Pb2++H2O=2PbCrO4↓+2H+
Cr2O72-+2Ba2++H2O=2BaCrO4↓+2H+
Cr2O72-+4Ag++H2O=2Ag2CrO4↓+2H+
对于CrO42-溶液，生成PbCrO4、BaCrO4、Ag2CrO4。
现象：
红橙色Cr2O72-溶液，分别生成黄色PbCrO4、
黄色BaCrO4、砖红色Ag2CrO4沉淀；
黄色CrO42-溶液，分别生成黄色PbCrO4、黄
色BaCrO4、砖红色Ag2CrO4沉淀。
四、锰的化合物重要性质
1.氢氧化锰（Ⅱ）的生成和性质
取10mL0.2 mol·L-1MnSO4溶液分成四份：
第一份：滴加0.2 mol·L-1NaOH溶液NaOH溶液，
观察沉淀的颜色。振荡试管，有何变化？
第二份：滴加0.2 mol·L-1NaOH溶液NaOH溶液，
产生沉淀后加入过量的NaOH溶液，沉淀是否
溶解？
第三份：滴加0.2 mol·L-1NaOH溶液NaOH溶液，迅速加入2 mol·L1盐酸溶液，有何现象发生？
第四份：滴加0.2 mol·L-1NaOH溶液NaOH溶液，迅速加入2 mol·L1NH Cl溶液，沉淀是否溶解？
4
写出上述有关反应方程式。此实验说明Mn(OH)2具有哪些性质？
反应方程式如下：
a、Mn 2++2OH-=Mn(OH)2↓
Mn(OH)2+O2=2MnO(OH)2↓
b、Mn(OH)2不溶于过量的NaOH .
c、Mn(OH)2+HCl=MnCl2+2H2O
现象：a、生成白色的Mn(OH)2沉淀，在空气中氧化为棕色
MnO(OH)2
b、生成白色的Mn(OH)2沉淀。
c、白色Mn(OH)2溶解为无色溶液。
（1）Mn2+氧化
试验硫酸锰和次氯酸钠溶液在酸、
碱性介质中的反应。比较Mn2+在何介质中易氧化。
（2）硫化锰的生成和性质
往硫酸锰溶液中滴加
饱和硫化氢溶液，有无沉淀产生？若用硫化钠溶
液代替硫化氢溶液，又有何结果？请用事实说明
硫化锰的性质和生成沉淀的条件。
2.二氧化锰的生成和氧化性
（1）往盛有少量0.1 mol·L-1KMnO4溶液中，逐滴加入
0.5 mol·L-1MnSO4溶液，观察沉淀的颜色。往沉淀中加
入1 mol·L-1H2SO4溶液和0.1 mol·L-1Na2SO3溶液，沉淀
是否溶解？写出有关反应方程式。
反应方程式如下：
2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+
MnO2+SO32-+2H+=MnSO4+H2O
现象：紫色褪去，生成棕色MnO2沉淀。MnO2沉淀溶解，得无色溶
液。
总结：MnO2具有氧化性。
（2）在盛有少量（米粒大小）二氧化锰固体的试管
中加入2mL浓硫酸，加热，观察反应前后颜色。有
何气体产生？写出反应方程式。
反应方程式如下：
2MnO2+2H2SO4(浓)=2MnSO4+2H2O+O2↑
现象：
棕色MnO2溶解，放出O2
总结：
MnO2具有氧化性。
3.高锰酸钾的性质
分别试验高锰酸钾溶液与亚硫酸钠溶液在酸性（1
mol·L-1H2SO4）、近中性（蒸馏水）、碱性（6 mol·L1NaOH溶液）介质中的反应，比较它们的产物因介质不同
有何不同？写出反应式。
反应方程式如下：
2MnO4-+5SO32-+6H+=2Mn2++5SO42-+3H2O
2MnO4-+3SO32-+H2O=2MnO2+3SO42-+2OH2MnO4-+SO32-+2OH-=2MnO42-+SO42-+H2O